統計力学に基づく生化学反応ネットワークの解析とモデル化

基于统计力学的生化反应网络分析与建模

基本信息

批准号：
07J00209
负责人：
竹本和広
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo (2008)Kyoto University (2007)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、生体ネットワークを統計力学的な視点から解析を行い、それを基に数理モデルを通してネットワークの形成機構を解明することである。本年度はまず、昨年度明らかにした生育温度による代謝ネットワークの構造差異について更に議論した。昨年度では生育温度による代謝ネットワークの構造変化を明らかにしたが、その起源は依然不明であった。そこで代謝ネットワークの構造をよく再現する数理モデルを構築し、構造差異の起源を議論した。結果として、進化イベントよって既存の反応経路に対してバイパスが出現することにより、この構造変化が起こることを見出した。生育温度が高い場合、そのような反応は淘汰される。逆に生育温度が低い場合、バイパスは選択される。このような環境の違いが構造差異をもたらすと結論づけた。この結果は、今後、生体ネットワークの進化や耐熱性の起源を理解する上で有効な知見になると考えられる。次に、植物における代謝物種間分布について議論した。従来、これは少ない代謝物を用いて議論されてきたが、近年のデータの蓄積により大規模な分布の議論が可能となった。ここでは植物に特有なフラボノイド(FL)に注目した。結果として、ある植物種がもつFL種数と、あるFLを共有する植物種数は不均一な分布に従うこと見出した。さらに数理モデルを構築しこの不均一な分布の起源を示した。更に、多くの植物に見られるFLの構造は特異的なそれよりも単純であることも見出した。この結果は、今後、植物におけるFL代謝の進化を理解する上で有効な知見になると考えられる。また、Songと共同でタンパク質の暴露傾向の予測も行った。ここではその指標となるHalf Sphere Exposure(HSE)の解析を行い、USE予測ソフトウェアの構築に関わった。

这项研究的目的是从统计力学的角度分析生物网络，并使用数学模型阐明网络形成的机制。今年，我们首先讨论了由于去年揭示的增长温度引起的代谢网络的结构差异。去年，由于生长温度而引起的代谢网络的结构变化，但它们的起源仍然未知。因此，我们构建了一个数学模型，该模型密切复制了代谢网络的结构，并讨论了结构差异的起源。结果，我们发现，当进化事件导致绕过现有反应途径时，这种结构变化发生。如果生长温度高，则消除了此类反应。相反，如果生长温度较低，则选择旁路。得出的结论是，这种环境差异导致结构差异。预计该结果将有效理解生物网络的演变和将来的耐热性。接下来，讨论了植物中代谢物的种间分布。以前，已经使用了很少的代谢物对此进行了讨论，但是最近的数据积累使讨论大规模分布成为可能。在这里，我们专注于植物独有的类黄酮（FL）。结果，我们发现植物物种拥有的FL物种数量以及共有一定FL的植物物种的数量遵循异质分布。此外，构建了数学模型以显示这种不均匀分布的起源。此外，我们发现在许多植物中发现的FL的结构比特定的简单。预计该结果将有效理解未来植物中FL代谢的演变。我们还与歌曲合作，以预测蛋白质暴露趋势。在这里，我们分析了指标的半球体暴露（HSE），并参与了构建使用预测软件。